大庆长垣特高含水期聚合物驱岩石物理实验研究

2012-09-18刘传平

测井技术 2012年5期

刘传平

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712）

0 引言

大庆油田聚合物驱油技术成为实现技术接替稳产、提高采收率的重要手段，为保持油田高产稳产起到重大作用[1－3]。聚合物驱技术已经形成了油藏、工程、工艺系列配套技术，实现了从室内研究到先导性矿场试验、工业性矿场试验、大规模工业化推广阶段[4]。然而，开发过程中聚合物溶液的注入势必引起储层电性、物性、润湿性等较大变化，使得污水驱储层测井评价方法对聚合物驱后的储层不再适应。为认清聚合物驱后储层测井响应的变化规律，有必要从室内岩石物理实验入手，深入系统地研究聚合物驱储层岩石物理响应变化机理，从而建立有效的聚合物驱储层测井评价方法。这对特高含水期聚合物驱后储层的剩余油挖潜、评价有着重要意义。注聚后的储层岩石物理实验研究内容多集中在2个方面：注聚储层电阻率的变化规律研究[5－6]；注聚后储层岩电参数变化规律研究[7－8]。关于注聚后的岩石物理实验往往只关注一个方面，对储层岩石其他物理特性变化研究不够系统全面，并且缺少与水驱储层的对比。本文开展的储层岩石物理实验，通过室内模拟，研究聚合物溶液本身的导电特性，研究注入聚合物后含油砂岩岩心的电学性质、电化学、声学特性以及核磁共振物理性质等变化规律，并且和水驱岩心规律进行对比。

1 实验设计与准备

实验过程主要包括岩样预处理、饱和水溶液、油驱水、聚合物驱替等。实验岩心采用大庆长垣储层岩心，预处理时将岩样加工成直径2.5cm、长8cm的柱塞，按常规方法洗油、洗盐、烘干后，测量岩心孔隙度、渗透率；在饱和过程中选取相应岩样饱和不同矿化度的模拟原始地层水；在模拟原油运移过程即油驱水过程中，用密度为0.837g／cm3、黏度9.18 mPa·s的模拟油将饱和模拟地层水的岩心驱替至束缚水状态；在模拟油田三次采油即聚合物溶液驱替原油过程中或某一状态下记录岩样电阻抗、声波速度、自然电位、核磁共振弛豫谱等参数的变化。

2 聚合物驱岩心电阻率实验

2.1 聚合物溶液导电特性实验

首先研究聚合物溶液本身的导电特性。在室温20℃的条件下分别测量不同分子量（0.95、1.4、1.9、2.5）×108、不同浓度（1000、2000mg／L）、不同水溶液矿化度（500、1000、3000、5000、7000 mg／L）的聚合物溶液电阻率，并与同矿化度的NaCl溶液对比见图1、图2。从实验结果可以看出，①各种溶液均随着溶液矿化度的增大，电阻率逐渐减小，矿化度大于3000mg／L后各溶液电阻率趋近一致；②同矿化度条件下的NaCl溶液电阻率要略高于聚合物溶液电阻率；③随着聚合物溶液浓度增加，溶液电阻率略有减小；④聚合物分子量对聚合物溶液电阻率影响很小。实验结果可得出结论：聚合物溶液具有一般稀电解质溶液的导电特征，矿化度是影响聚合物溶液导电特性的主要因素。

2.2 聚合物驱岩心电阻率实验

选取长垣北2－21－检P51取心井样品中孔隙度、渗透率相近的2块岩样，饱和7000mg／L的NaCl溶液，溶液电阻率0.75Ω·m，油驱至束缚水状态（见表1）；再分别用配置好的清水聚合物和污水聚合物溶液驱替至残余油状态，驱替过程中测量饱和度与岩心电阻率变化。实验结果（见图3）表明，污水聚合物驱岩样电阻率随含水饱和度的增加单调下降，而清水聚合物驱岩样的电阻率随饱和度的变化比较复杂。在清水聚合物注入岩心后，电阻率值开始下降，当含水饱和度超过一定值后，电阻率值随含水饱和度值的增大先升后降，形成“S”形曲线。将清水聚驱“S”形变化曲线划分为3个阶段：①电阻率下降阶段、②电阻率上升阶段、③电阻率下降阶段。在①阶段，含水饱和度的增大对电阻率的影响居主导地位，岩样电阻率随含水饱和度的增大，电阻率逐渐降低；在②阶段，注入聚合物溶液的淡化作用增强，混合液电阻率一直处于增大的趋势，其对岩心电阻率的影响作用大于含水饱和度的影响，因此，随着含水饱和度的增大，岩心电阻率出现了上升趋势；在③阶段，注入聚合物液和原始水离子交换趋于平衡，混合液电阻率接近于注入水电阻率，含水饱和度的增大对电阻率的变化居主导地位，因此，岩心电阻率出现了下降的趋势。聚合物驱岩心电阻率变化趋势类似于水驱过程的岩心电阻率变化[9－10]。

表1 聚合物驱岩样物性及溶液参数表

图3 岩样饱含NaCl溶液和聚合物溶液扩散吸附电位对比

3 聚和物驱岩心自然电位实验

配置矿化度为7000mg／L的NaCl溶液，同样配制聚合物溶液的污水矿化度为7000mg／L，模拟泥浆滤液的矿化度为1300mg／L（电阻率3.8Ω·m左右）（见表2）；测量岩心扩散吸附电位应用的是电化学方法，采用电极电位稳定、精度高的甘汞电极，2个测量电极间的电位差很小，一致性较好。岩心两端溶液的体积大于500mL，且通过排液孔阀门控制溶液以2mL／min的流速流动，保持原始浓度。实验中用高输入阻抗的电压表进行测量，当记录仪表的电位值稳定不变，即认为岩心内部的扩散吸附作用达到了平衡，记录该电位值。采用上述实验方法测量得到不同孔隙度岩样在饱和NaCl溶液和饱和聚合物溶液扩散吸附电位值见图4。岩样饱含水溶液的扩散吸附电位明显高于岩样饱含聚合物溶液的扩散吸附电位，其原因在于聚合物溶液黏度增加，溶液中离子活度降低；聚合物分子链吸附溶液中部分钠离子，减少钠离子扩散数量，从而使岩样扩散吸附电位降低，所以对于相同条件下的储层（钻井泥浆液也相同），聚合物驱后储层自然电位测井值要比水驱后的储层自然电位测井值低。

测井中自然电位SP值由式（1）转化

式中，Eda－E′da为扩散吸附电位（或电动势），mV；rm为泥浆电阻，Ω；rsd为砂岩电阻，Ω；rsh为泥岩电阻，Ω。

表2 聚合物驱自然电位实验岩样物性及溶液参数表

4 聚合物驱岩心声波实验

为研究聚合物溶液对声速的影响，实验首先研究聚合物溶液的质量浓度变化对溶液声速影响，设计聚合物溶液浓度从200mg／L变化到5000mg／L，通过测量纵波速度，转换为时差。实验结果表明，随着聚合物浓度增大，声速减小，时差增大；其变化规律见图4。

图4 不同质量浓度聚合物溶液声波时差变化

声波测井能反映储层的岩性、物性等信息，实验目的是考察注聚合物驱储层和水驱储层声波曲线差异。实验选取研究区9块不同物性岩样，分成3组，分别饱和3000、5000、7000mg／L的地层水，将岩样用油驱替至束缚水，再将岩样用淡水驱替至残余油；最后用配制的聚合物驱溶液驱替到不出油为止。实验采用美国新英格兰公司生产的多功能岩石声波参数自动测量系统（AUTOLAB1000）在一定温度和压力下测量岩石纵波速度，并换算为不同状态下的岩样声波时差，对比聚合物驱后残余油岩样和淡水驱替残余油岩样声波时差的变化（见表3）。

表3 2000mg／L聚合物溶液驱后与淡水驱后声波岩样时差对比

表3中，Δt1为淡水驱替残余油岩样的声波时差，Δt2为聚合物驱岩样的声波时差，Δt＝Δt2－Δt1为2个声波时差之差。从实验结果看，聚合物驱后残余油岩样和淡水驱替残余油岩样声波时差的差别很小，平均绝对差值为5.1μs／m，聚合物驱岩石较水驱岩石的声学特性变化不大，聚合物驱后储层声波测井解释与水驱储层基本一致。

5 聚合物驱岩心核磁共振实验

实验采用英国共振仪器公司生产的MARAN-2M型核磁共振岩心分析仪。实验中选择聚合物分子量为1.9×108，聚合物溶液质量浓度为1000 mg／L，配制聚合物溶液的水的矿化度为1000mg／L。岩样首先饱和矿化度为7000mg／L的模拟原始地层水；用模拟油驱水至束缚水；用聚合物驱油至残余油。制备了饱含水岩样、束缚水岩样、残余油岩样，分别测量不同饱和状态下岩样的弛豫谱，得到岩样在饱含水、束缚水及聚合物驱后残余油下的核磁共振T2谱（见图5）。从图5中可以看出，含油饱和度大，T2谱略有左移，但从T2谱的分布区间来看，聚合物驱残余油岩样与束缚水状态下岩样的T2谱差异较小。因此，单纯利用核磁共振测井资料评价储层聚合物驱受效与否存在较大的困难。